Abstract The applicability of state-of-the-art water purification membranes in harsh feed streams is limited due to their insufficient chemical robustness. Epoxide chemistry has been recently introduced to achieve pH- and chlorine-stable nanofiltration (NF). This study further investigated the influence of interfacial polymerization (IP) synthesis parameters on the resulting epoxide-based thin-film composite (TFC) membrane structure and performance. Epoxide polymerization could be initiated by N,N,N′,N′-tetramethyl-1,6-hexanediamine and NaOH. Surprisingly, neither the type of initiator, nor the initiator concentration used during IP, influenced membrane rejection of rose bengal (RB) dye (1017 g mol-1), which was constant at ~ 90%. This consistent RB rejection was primarily determined by annealing of the cross-linked polyimide support by toluene, which is the solvent used during IP. In contrast, the poly(epoxyether) top-layer determined membrane selectivity for methyl orange, a smaller dye of 327 g mol-1. The effect of solvent annealing of the membrane support by diethyl carbonate, dimethyl sulfoxide and m-xylene was also investigated and revealed that the changes induced by solvent contact are physical rather than chemical in nature. This study shows, for the first time, the substantial direct impact of the solvents used during IP to influence support properties and the resulting membrane performance. Solvent annealing can therefore be considered as a tool in membrane fabrication—during IP or as a post-treatment step—to further tune the separation performance for specific applications.

中文翻译：

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支撑层溶剂退火在界面聚合中的重要作用：以环氧化物膜为例

摘要 由于化学稳定性不足，最先进的水净化膜在苛刻的进料流中的适用性受到限制。最近引入了环氧化物化学来实现 pH 值和氯稳定的纳滤 (NF)。本研究进一步研究了界面聚合 (IP) 合成参数对所得环氧化物基薄膜复合材料 (TFC) 膜结构和性能的影响。N,N,N',N'-四甲基-1,6-己二胺和NaOH可以引发环氧化物聚合。令人惊讶的是，引发剂的类型和 IP 期间使用的引发剂浓度都不会影响玫瑰红 (RB) 染料 (1017 g mol-1) 的膜截留率，其恒定在 ~ 90%。这种一致的 RB 排斥主要是由甲苯对交联聚酰亚胺载体的退火决定的，这是 IP 过程中使用的溶剂。相比之下，聚（环氧醚）顶层决定了甲基橙的膜选择性，甲基橙是一种较小的染料，为 327 g mol-1。还研究了碳酸二乙酯、二甲亚砜和间二甲苯对膜载体的溶剂退火的影响，并表明溶剂接触引起的变化本质上是物理的而不是化学的。这项研究首次表明，IP 过程中使用的溶剂对载体特性和由此产生的膜性能产生了实质性的直接影响。因此，溶剂退火可以被视为膜制造中的一种工具——在 IP 期间或作为后处理步骤——以进一步调整特定应用的分离性能。聚（环氧醚）顶层确定了甲基橙的膜选择性，甲基橙是一种较小的染料，为 327 g mol-1。还研究了碳酸二乙酯、二甲亚砜和间二甲苯对膜载体的溶剂退火的影响，并表明溶剂接触引起的变化本质上是物理的而不是化学的。这项研究首次表明，IP 过程中使用的溶剂对载体特性和由此产生的膜性能产生了实质性的直接影响。因此，溶剂退火可以被视为膜制造中的一种工具——在 IP 期间或作为后处理步骤——以进一步调整特定应用的分离性能。聚（环氧醚）顶层确定了甲基橙的膜选择性，甲基橙是一种较小的染料，为 327 g mol-1。还研究了碳酸二乙酯、二甲亚砜和间二甲苯对膜载体的溶剂退火的影响，并表明溶剂接触引起的变化本质上是物理的而不是化学的。这项研究首次表明，IP 过程中使用的溶剂对载体特性和由此产生的膜性能产生了实质性的直接影响。因此，溶剂退火可以被视为膜制造中的一种工具——在 IP 期间或作为后处理步骤——以进一步调整特定应用的分离性能。还研究了二甲基亚砜和间二甲苯，发现溶剂接触引起的变化本质上是物理的而不是化学的。这项研究首次表明，IP 过程中使用的溶剂对载体特性和由此产生的膜性能产生了实质性的直接影响。因此，溶剂退火可以被视为膜制造中的一种工具——在 IP 期间或作为后处理步骤——以进一步调整特定应用的分离性能。还研究了二甲基亚砜和间二甲苯，发现溶剂接触引起的变化本质上是物理的而不是化学的。这项研究首次表明，IP 过程中使用的溶剂对载体特性和由此产生的膜性能产生了实质性的直接影响。因此，溶剂退火可以被视为膜制造中的一种工具——在 IP 期间或作为后处理步骤——以进一步调整特定应用的分离性能。